第2章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，也稱平面低副機(jī)構(gòu)。 平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中，其主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）由于運(yùn)動(dòng)副是低副，面接觸，傳力時(shí)壓強(qiáng)小，磨損較輕，承載能力較高；（2）構(gòu)件的形狀簡(jiǎn)單，易于加工，構(gòu)件之間的接觸由構(gòu)件本身的幾何約束來(lái)保持，故工作可靠；（3）可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式及其轉(zhuǎn)換，滿足多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求；（4）利用平面連桿機(jī)構(gòu)中的連桿可滿足多種運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。主要缺點(diǎn)有：（1）由于低副中存在間隙，機(jī)構(gòu)不可避免地存在著運(yùn)動(dòng)誤差，精度不高，（2）主動(dòng)構(gòu)件勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件通常為變速運(yùn)動(dòng)，故存在慣性力，不適用于高速場(chǎng)合。平面機(jī)構(gòu)常以其組成的構(gòu)件（

2、桿）數(shù)來(lái)命名，如由四個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)稱為四桿機(jī)構(gòu)，而五桿或五桿以上的平面連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。四個(gè)機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見的形式，也是多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。1.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化1.1.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的四桿機(jī)構(gòu)，是四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖1-1所示。由三個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)固定構(gòu)件（即機(jī)架）組成。其中，AD桿是機(jī)架，與機(jī)架相對(duì)的桿（BC桿）稱為連桿，與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件（AB桿和CD桿）稱為連架桿，能繞機(jī)架作360°回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，只能在小 圖1-1于360°范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿。根據(jù)兩連架桿的運(yùn)

3、動(dòng)形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本形式并以其連架桿的名稱組合來(lái)命名。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中一個(gè)為曲柄另一個(gè)為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)，稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以 曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的擺動(dòng)。如圖1-2所示的雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動(dòng)件曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿2，使與搖桿3固結(jié)的拋物面天線作一定角度的擺動(dòng)，以調(diào)整天線的俯仰角度。圖1-3為汽車前窗的刮雨器，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)搖桿作往復(fù)擺動(dòng)，利用搖桿的延長(zhǎng)部分實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。也有以搖桿為主動(dòng)件，曲柄為從動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖1-4所示的縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)，踏板為主動(dòng)件，當(dāng)腳蹬踏板時(shí)，可將踏板的擺動(dòng)變?yōu)榍纯p紉機(jī)皮

4、帶輪的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖1-2 圖1-3 圖1-4（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。通常，主動(dòng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄作同向變速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-5所示的慣性篩機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄1作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄3作變速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)構(gòu)件5使篩子6獲得加速度，從而將被篩選的材料分離。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)的兩桿長(zhǎng)度分別相等，則稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)或平行四邊形機(jī)構(gòu)，若兩曲柄轉(zhuǎn)向相 圖1-5同且角速度相等，則稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu) （圖1-6a）。兩曲柄轉(zhuǎn)向相反且角速度不同，則為反平行四邊形機(jī)構(gòu)（圖1-6b），如圖1-7a所示的機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和圖1-7b所示的攝影車座斗機(jī)構(gòu)就是正平行四邊形機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用，

5、由于兩曲柄作等速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證了機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行。圖1-7c所示的車門啟閉機(jī)構(gòu)，是反平行四 圖1-6邊機(jī)構(gòu)的一個(gè)應(yīng)用，但AD與BC不平行，因此，兩曲柄作不同速反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證兩扇門能同時(shí)開啟或關(guān)閉。 另外，對(duì)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，無(wú)論以哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架都是雙曲柄機(jī)構(gòu)。但若取較短構(gòu)件作機(jī)架，則兩曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終相同。圖1-7（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。圖1-8a所示為港口起重機(jī)，當(dāng)CD桿擺動(dòng)時(shí)，連桿CB上懸掛重物的點(diǎn)M在近似水平直線上移動(dòng)。圖1-8b所示的電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)中，電機(jī)裝在搖桿4上，鉸鏈A處裝有一個(gè)與連桿1固結(jié)在一起的蝸輪。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的蝸桿帶動(dòng)

6、蝸輪迫使連桿1繞A點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)， 圖 1-8從而使連架桿2和4作往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到風(fēng)扇搖頭的目的。圖1-9a、b所示的飛機(jī)起落架及汽車前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等也均為雙搖桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。汽車前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，兩搖桿的長(zhǎng)度相等，稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)，它能使與搖桿固聯(lián)的兩前輪軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度不同，使車輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩前輪的軸線與后輪軸延長(zhǎng)線上的某點(diǎn)P交于點(diǎn)，汽車四輪同時(shí)以P點(diǎn)為瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，各輪相對(duì)地面近似于純滾動(dòng)，保證了汽車轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)并減少了輪胎磨損。 圖1-91.1.2 四桿機(jī)構(gòu)的演化 生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的各種四桿機(jī)構(gòu)，都可認(rèn)為是從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的。下面通過(guò)實(shí)例介紹四桿機(jī)構(gòu)的演化方法。1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化1）改變

7、機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可以說(shuō)是所有四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。如對(duì)圖1-1a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變機(jī)架，即可得到雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。（1）以桿1作機(jī)架得到雙曲柄機(jī)構(gòu)見圖1-1b；（2）以桿2作機(jī)架得到雙搖桿機(jī)構(gòu)見圖1-1c。 圖1-12） 改變運(yùn)動(dòng)副尺寸（1）將運(yùn)動(dòng)副D尺寸擴(kuò)大，大于搖桿做成一環(huán)形槽，搖桿做成弧形滑塊得到曲柄弧形滑塊機(jī)構(gòu)見圖1-1（c）；（2）擴(kuò)大到無(wú)窮大，環(huán)形槽變成直槽，搖桿的運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，搖桿變成滑塊，得到偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)見圖1-1（d）。3）改變運(yùn)動(dòng)副類型（1）以高副代替轉(zhuǎn)動(dòng)副，將桿3改成滾子，得到機(jī)構(gòu)如圖1-1（e）；（2）將環(huán)形槽變?yōu)榍€槽，得到凸輪機(jī)構(gòu)如圖1-1（f）；

8、 圖1-1（3）以兩個(gè)移動(dòng)副代替兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，可得 雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)見圖1-12（a）； 曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)見圖1-13（a）；雙滑塊機(jī)構(gòu)見圖1-14（a）。 圖1-12圖1-13 圖1-14圖1-12b所示的十字溝槽聯(lián)軸節(jié)、圖1-13b所示的縫紉機(jī)刺布機(jī)構(gòu)及圖1-14b所示的橢圓儀分別是它們的應(yīng)用實(shí)例。2. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，按照上述的方法，又可得到更多的具有滑塊的四桿機(jī)構(gòu)。1) 改變機(jī)架（1） 使滑塊導(dǎo)路與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心的偏距為零，可得對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)見圖1-15（a）。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在鍛壓機(jī)、空壓機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及各種沖壓機(jī)器中得到廣泛應(yīng)用，如前述的內(nèi)燃機(jī)中的活塞

9、連桿機(jī)構(gòu)，就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 桿l1<l2可得轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)見圖1-15（b）；（2） 以桿1作機(jī)架 桿l1>l2可得擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)見圖1-15（c）； 圖1-15導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有很好的傳力性能，常用于插床、牛頭刨床和送料裝置等機(jī)械設(shè)備中。圖1-16所示為爬桿機(jī)器人，這種機(jī)器人模仿尺蠖的動(dòng)作向上爬行，其爬行機(jī)構(gòu)就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖1-17a、b所示分別為插床主機(jī)構(gòu)和刨床主機(jī)構(gòu)。圖1-16 圖1-17（3）以桿2作機(jī)架，得到搖塊機(jī)構(gòu)見圖1-18（a）；（4）以滑塊作機(jī)架，得到定塊機(jī)構(gòu)見圖1-18（b）。搖塊機(jī)構(gòu)常用于擺缸式原動(dòng)機(jī)和氣、液壓驅(qū)動(dòng)裝置中，如圖1-19所示的貨車翻斗機(jī)構(gòu)及的圖1-2

10、0所示的液壓泵。圖1-18 圖1-192）改變運(yùn)動(dòng)副尺寸（1）擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副C的半徑，使其超過(guò)桿2的長(zhǎng)度，將桿2改成滑塊2在環(huán)形槽3內(nèi)繞C點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)可得到移動(dòng)環(huán)形導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)見圖1-21（b）；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副C擴(kuò)大到無(wú)窮大，環(huán)形槽變成直槽，可得到移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)見圖1-21（c）；（3）將轉(zhuǎn)動(dòng)副B擴(kuò)大并超過(guò)桿1的長(zhǎng)度，桿1變成了圓盤1，可得到偏心輪機(jī)構(gòu)見圖1-21（d）。圖1-20 圖1-21偏心輪機(jī)構(gòu)，實(shí)際上就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，偏心圓盤的偏心距AB即為曲柄的長(zhǎng)度。這種結(jié)構(gòu)解決了由于曲柄過(guò)短，不能承受較大載荷的問(wèn)題。多用于承受較大載荷的機(jī)械中，如破碎機(jī)、剪床及沖床等。實(shí)際上，還可以將上述各機(jī)構(gòu)進(jìn)行不同的組合，從而

11、得到更多及功能各異的機(jī)構(gòu)。1.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性1.2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本型式的區(qū)別在于連架桿是否為曲柄。由于用低副聯(lián)接的兩構(gòu)件無(wú)論固定其中哪一個(gè)，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的演化原理，存在曲柄的充要條件如下：（1）最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；（2）最短桿或其相鄰桿為機(jī)架。根據(jù)有曲柄的條件可知：（1）當(dāng)最長(zhǎng)桿與最短桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿之和時(shí)，只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)；（2）當(dāng)最長(zhǎng)桿與最短桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)， 最短桿為機(jī)架時(shí)，得到雙曲柄機(jī)構(gòu)； 最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，得到曲搖桿機(jī)構(gòu)； 最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，得到雙搖

12、桿機(jī)構(gòu)。1.2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1平面四桿機(jī)構(gòu)的極位、極位夾角、最大擺角以圖1-22所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，搖桿作往復(fù)擺動(dòng)的左、右兩個(gè)極限位置，稱為極位；曲柄在搖桿處于兩極位時(shí)的對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角稱為極位夾角，用q 表示；搖桿的兩個(gè)極位所夾的角度稱為最大擺角，用y表示。2急回特性 圖1-22圖中，當(dāng)主動(dòng)曲柄順時(shí)針從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過(guò)角度j1=180°+q，搖桿從C1D轉(zhuǎn)到C2D，時(shí)間為t1，C點(diǎn)的平均速度為v1。曲柄繼續(xù)順時(shí)針從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過(guò)角度=180q，搖桿從C2D回到C1D，時(shí)間為t2，C點(diǎn)的平均速度為v2，曲柄是等速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)過(guò)的角度與

13、時(shí)間成正比，因j1>j2，故t1>t2，由于搖桿往返的弧長(zhǎng)相同，而時(shí)間不同，t1>t2，所以 v2>v1，說(shuō)明當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的速度不同，返回速度較大，機(jī)構(gòu)的這種性質(zhì)，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性，通常用行程速度變化系數(shù)K來(lái)表示這種特性，即 （1-1） （1-2）式（1-1）表明，機(jī)構(gòu)的急回程度取決于極位夾角的大小，只要q 不等于零，即 K>1，則機(jī)構(gòu)具有急回特性；q 越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回作用就越顯著。對(duì)于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因q = 0°，則K=1，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性；而對(duì)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，因q 0°，則K>1，機(jī)構(gòu)

14、有急回特性。四桿機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)省非工作循環(huán)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，如牛頭刨床中退刀速度明顯高于工作速度，就是利用了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性。1.2.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性平面四桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中需要同時(shí)滿足機(jī)器傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的要求，具有良好的傳力性能，可以使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)輕快，提高生產(chǎn)效率。要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以注意：1壓力角和傳動(dòng)角衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的特性參數(shù)是壓力角。在不計(jì)摩擦力、慣性力和桿件的重力時(shí)，從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)的壓力角，用a 表示；它的余角g 稱為傳動(dòng)角。圖1-23所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如不考慮構(gòu)件的重量和摩

15、擦力，則連桿是二力桿，主動(dòng)曲柄通過(guò)連桿傳給從動(dòng)桿的力F沿BC方向。受力點(diǎn)C的速度方向與F所夾的銳角即為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角a，F(xiàn)可分解為沿C點(diǎn)速度方向的有效分力Ft=Fcosa=Fsing和沿桿方向的有害分力Fn=Fsina=Fcosg。顯然，a 越小或者g越大，有效分力越大，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利。a 和g 是 圖1-23反映機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的重要指標(biāo)。由于g 角更便于觀察和測(cè)量，工程上常以傳動(dòng)角來(lái)衡量連桿機(jī)構(gòu) 的傳動(dòng)性能。 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，壓力角和傳動(dòng)角的大小是隨機(jī)構(gòu)位置而變化的，為保證機(jī)構(gòu)的傳力性能良好，設(shè)計(jì)時(shí)須限定最小傳動(dòng)角或最大壓力角amax。通常取gmin 40°50°

16、。為此，必須確定g = gmin時(shí)機(jī)構(gòu)的位置并檢驗(yàn)gmin的值是否小于上述的最小允許值。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置處將出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置，如圖1-24所示。圖1-25所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過(guò)滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿受力的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角始終等于90°。 圖1-24 圖1-252死點(diǎn)圖1-26示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，在曲柄與連桿共線的位置出現(xiàn)傳動(dòng)角等于零的情況，這時(shí)不論連桿BC對(duì)曲柄AB的作用力有多大，都不能使桿AB轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置（圖中虛線所示

17、位置）稱為死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置，出現(xiàn)從動(dòng)件轉(zhuǎn)向不定或者卡死不動(dòng)的現(xiàn)象，如縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，它在死點(diǎn)位置，出現(xiàn)從動(dòng)件曲柄倒、順轉(zhuǎn)向不定（圖1-27a）或者從動(dòng)件卡死不動(dòng)（圖1-27b）的現(xiàn)象。圖1-26 圖1-27曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，以滑塊為主動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是連桿與曲柄共線位置。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)桿為主動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是導(dǎo)桿與曲柄垂直的位置。圖1-28對(duì)傳動(dòng)而言，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法避免或通過(guò)死點(diǎn)位置，工程上常利用慣性法使機(jī)構(gòu)渡過(guò)死點(diǎn)，如圖1-4所示的縫紉機(jī)，曲柄與大皮帶輪為同一構(gòu)件，利用皮帶輪的慣性使機(jī)構(gòu)渡過(guò)死點(diǎn)。圖1-28所示的機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)

18、處于死點(diǎn)位置時(shí)，可借助另一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)越過(guò)死點(diǎn)。對(duì)有夾緊或固定要求的機(jī)構(gòu)，則可在設(shè)計(jì)中利用死點(diǎn)的特點(diǎn)，來(lái)達(dá)到目的。如圖1-29所示的飛機(jī)起落架，當(dāng)機(jī)輪放下時(shí)，BC桿與CD桿共線，機(jī)構(gòu)處在死點(diǎn)位置，地面對(duì)機(jī)輪的力不會(huì)使CD桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使飛機(jī)降落可靠。圖1-30所示的夾具，工件夾緊后BCD成一條線，工作時(shí)工件的反力再大，也不能使機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，使夾緊牢固可靠。圖1-29 圖1-301.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求和設(shè)計(jì)條件選定機(jī)構(gòu)形式及確定各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。一般可歸納為兩類問(wèn)題：（1） 實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如要求滿足給定的行程速度變化系數(shù)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的急回特性或?qū)崿F(xiàn)連桿的

19、幾個(gè)預(yù)期的位置要求；（2） 實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡。如要求連桿上的某點(diǎn)具有特定的運(yùn)動(dòng)軌跡，如起重機(jī)中吊鉤的軌跡為一水平直線、攪面機(jī)上E點(diǎn)的曲線軌跡等。為了使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理、可靠，還應(yīng)考慮幾何條件和傳力性能要求等。設(shè)計(jì)方法有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。三種方法各有特點(diǎn)，圖解法和實(shí)驗(yàn)法直觀、簡(jiǎn)單，但精度較低，可滿足一般設(shè)計(jì)要求；解析法精確度高，適于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已成必然趨勢(shì)。下面分別加以介紹。1.3.1 用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）按連桿的三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)如圖1-31所示，已知連桿的長(zhǎng)度BC以及它運(yùn)動(dòng)中的三個(gè)必經(jīng)位置BC，要求設(shè)計(jì)該鉸鏈

20、四桿機(jī)構(gòu)。圖1-31圖形分析：由于連桿上的B點(diǎn)和C點(diǎn)分別與曲柄和搖桿上的B點(diǎn)和C點(diǎn)重合，而B點(diǎn)和C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則是以曲柄和搖桿的固定鉸鏈中心為圓心的一段圓弧，所以只要找到這兩段圓弧的圓心，此設(shè)計(jì)即大功告成，由此將四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為已知圓弧上的三點(diǎn)求圓心的問(wèn)題。設(shè)計(jì)步驟：1) 選取適當(dāng)?shù)谋壤撸?) 確定B點(diǎn)和C點(diǎn)軌跡的圓心A和D（作法略）；3) 聯(lián)接AB1C1D，則AB1C1D即為所要設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)（見圖）。4) 量出AB和CD長(zhǎng)度，由比例尺求得曲柄和搖桿的實(shí)際長(zhǎng)度。lAB=ml×AB lCD=ml×CD（2）按連桿的兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)由上面的分析可知，若已知連桿的兩個(gè)

21、位置，同樣可轉(zhuǎn)化為已知圓弧上兩點(diǎn)求圓心的問(wèn)題，而此時(shí)的圓心可以為兩點(diǎn)中垂線上的任意一點(diǎn)，故有無(wú)窮多解。這一問(wèn)題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是通過(guò)給出輔助條件來(lái)加以解決的。例1-1 設(shè)計(jì)一砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。翻臺(tái)在位置處造型，在位置處起模，翻臺(tái)與連桿BC固聯(lián)成一體，lBC=0.5 m，機(jī)架AD為水平位置，如圖1-32所示。解： 由題意可知此機(jī)構(gòu)的兩連桿位置，圖形分析同前。作圖步驟如下：1） mL=0.1m/mm，則BC=lBC/ml= 0.5/0.1=5 mm，在給定位置作B1C1、B2C2；2） 作B1B2的中垂線b12、C1C2的中垂線c12；3） 按給定機(jī)架位置作水平線，與b12 、c12分別交得點(diǎn)A、D；

22、4） 連接AB和CD，即得到各構(gòu)件的長(zhǎng)度為：lAB=ml×AB=0.1×25=2.5 mlCD=ml×CD=0.1×27=2.7 mlAD=ml×AD=0.1×8=0.8 m圖1-32 圖1-332按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)例1-2 設(shè)已知行程速度變化系數(shù)K、搖桿長(zhǎng)度lCD、最大擺角y，試用圖解法設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。解： 圖形分析：由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)處于極位時(shí)的幾何特點(diǎn)我們已經(jīng)知道（見圖1-22），在已知lCD、y的情況下，只要能確定固定鉸鏈中心A的位置，則可由確定出曲柄的長(zhǎng)和連桿的長(zhǎng)度，即設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定固定鉸鏈中心A的位置。

23、這樣就把設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定A點(diǎn)位置的幾何問(wèn)題了。設(shè)計(jì)步驟：（1）由式（1-2）計(jì)算出極位夾角q；（2）任取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺mL，求出搖桿的尺寸CD，根據(jù)擺角作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D，如圖1-33。（3）連接C1C2為底邊，作C1C2O= C2C1O=90°q 的等腰三角形，以頂點(diǎn)O為圓心，C1O為半徑作輔助圓，由圖1-33可知，此輔助圓上C1C2所對(duì)的圓心角等于2q，故其圓周角為q；（4）在輔助圓上任取一點(diǎn)A，連接A C1、A C2，即能求得滿足K要求的四桿機(jī)構(gòu)。lAB=mL（AC2AC1）/2lBC=mL（AC2AC1）/2應(yīng)注意：由于A點(diǎn)是任意取的，所以有無(wú)窮解，只有

24、加上輔助條件，如機(jī)架AD長(zhǎng)度或位置，或最小傳動(dòng)角等，才能得到唯一確定解。由上述分析可見，按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題是：已知弦長(zhǎng)求作一圓，使該弦所對(duì)的圓周角為一給定值。1.3.2 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)在圖1-34所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知連架桿AB和 CD的三組對(duì)應(yīng)位置要求確定各構(gòu)件的長(zhǎng)度A、B、C、D。 如圖所示選取直角坐標(biāo)系xOy，將各桿分別向x軸和 y軸投影，得 圖1-34 l1cosj + l2 cos d + l3 cos y= l4 l1sinj + l2sind = l3siny （1-3）將方程組中的d 消去，可得 R1+R2 cos j+R3 cos

25、 y= cos（jy） （1-4）式中 R1=（l42+l12+l32l22）（2 l1 l3） R2=l4 / l3 （1-5）R3=l4 / l1 將已知的三組對(duì)應(yīng)位置j1、y1，j2、y2，j3、y3，分別代入，可得線性方程組R1+R2 cos j1+R3 cos y1= cos（j1y1） R1+R2 cos j2+R3 cos y2= cos（j2y2） （1-6）R1+R2 cos j3+R3 cos y3= cos（j3y3） 由方程組可解出R1 、R2 、R3，然后根據(jù)具體情況選定機(jī)架長(zhǎng)度，則各桿長(zhǎng)度由下列各式求出l1= l4 / R3 （1-7）l3=l4 / R2用解析法設(shè)

26、計(jì)四桿機(jī)構(gòu)可得到較精確的設(shè)計(jì)結(jié)果，但計(jì)算工作量很大，隨著計(jì)算機(jī)的普及，這部分工作完全可以由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，使人們從繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算中解放出來(lái)，解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)目前已進(jìn)入了實(shí)用階段。1.3.3 實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，工程中通常采用實(shí)驗(yàn)法，四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，對(duì)其上面任一點(diǎn)都能描繪出一條封閉曲線，這種曲線稱為連桿曲線。連桿曲線的形狀隨點(diǎn)在連桿上的位置和各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度的不同而不同。為了方便設(shè)計(jì)，工程上已將用不同桿長(zhǎng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得的連桿上不同點(diǎn)的軌跡匯編成圖譜冊(cè)，如圖1-35所示的連桿曲線圖譜。當(dāng)需要按給定運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者只需從圖譜中選擇與設(shè)

27、計(jì)要求相近的曲線，同時(shí)查得機(jī)構(gòu)各桿相對(duì)尺寸及描述點(diǎn)在連桿平面上的位置，再用縮放儀求出圖譜曲線與所需軌跡曲線的縮放倍數(shù)，即可求得四桿機(jī)構(gòu)的各桿實(shí)際尺寸。圖1-35本 章 小 結(jié)1四桿機(jī)構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件1）桿長(zhǎng)之和條件2）最短桿或其相鄰桿為機(jī)架3平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1）極位夾角曲柄在搖桿處于兩極位時(shí)的對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角2）最大擺角搖桿的兩個(gè)極位所夾的角度3）急回特性機(jī)構(gòu)的返回行程速度大于工作行程速度的性質(zhì)，稱為機(jī)構(gòu)的急回特性，用行程速比系數(shù)K表示4平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性 （1）傳動(dòng)角與壓力角 壓力角傳動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳